(57)【要約】【課題】この発明は、遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置に関し、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを確実に回避することを目的とする。【解決手段】電動機３２を有する可変ノズル型のターボ過給機３０を備える。ターボ過給機３０のコンプレッサ３０aにサージが発生したと判定された場合には、可変ノズル３０cのVN開度を開き側に制御することでサージの回避を行う。可変ノズル３０cのVN開度の当該制御後のターボ回転数がサージ判定直前の実ターボ回転数を維持できるように、電動機３２によってコンプレッサ３０aの回転をアシストする。【選択図】図１
2007291961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置であって、
前記遠心式圧縮機にサージが発生したか否かを判定するサージ判定手段と、
前記サージ判定手段によってサージが発生したと判定された場合に、サージを回避させるべく過給圧または圧縮機回転数を制御する手段であって、当該過給圧または圧縮機回転数の制御がされた結果として内燃機関の排圧の低下または内燃機関への吸入空気量の減少を生じさせる過給状態制御手段と、
前記過給状態制御手段によって過給圧または圧縮機回転数が制御された場合に、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数が維持されるように、前記遠心式圧縮機の回転をアシストするアシスト機構と、
を備えることを特徴とする遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遠心式圧縮機は、電動機付きターボ過給機の圧縮機として構成されており、
前記アシスト機構は、当該電動機であることを特徴とする請求項１記載の遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記過給状態制御手段による過給圧または圧縮機回転数の制御量は、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数を維持するための最小量であることを特徴とする請求項１または２記載の遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記過給状態制御手段は、前記遠心式圧縮機の作動領域に応じて、過給圧または圧縮機回転数の制御速度を可変とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置。
【請求項５】
サージの大きさを判別するサージレベル判別手段を更に備え、
判別されるサージの大きさに応じて、過給圧または圧縮機回転数の制御速度を可変とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、可変ノズル型のターボ過給機を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、ターボ過給機のコンプレッサ（遠心式圧縮機）にサージが発生した場合に、当該サージを回避させるべく、可変ノズルの開度を通常時よりも開き側に制御するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４０７５６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１０９２号公報
【特許文献３】特開２００５−６９１７８号公報
【特許文献４】特開平４−１６４１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の内燃機関の制御装置によれば、サージ発生時に、可変ノズルの開度を通常時よりも開き側に制御することによって、タービンの回転数を減少させることができ、これにより、コンプレッサの前後の圧力比を下げることができる。このため、サージを回避することができる。しかしながら、可変ノズルをより開くことは、内燃機関への供給空気量の減少をもたらす。このため、内燃機関の加速時にサージが発生した場合には、サージ回避のために開く可変ノズルの開度が過大であると、サージ回避後の内燃機関の再加速性能を悪化させてしまう。上記従来の制御装置は、加速時におけるサージ対策を目的とするものではなく、また、サージ回避後の再加速性能を考慮した制御を構築するうえで、未だ検討の余地を残すものであった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを確実に回避することのできる遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、吸気通路に遠心式圧縮機を備える内燃機関の制御装置であって、
前記遠心式圧縮機にサージが発生したか否かを判定するサージ判定手段と、
前記サージ判定手段によってサージが発生したと判定された場合に、サージを回避させるべく過給圧または圧縮機回転数を制御する手段であって、当該過給圧または圧縮機回転数の制御がされた結果として内燃機関の排圧の低下または内燃機関への吸入空気量の減少を生じさせる過給状態制御手段と、
前記過給状態制御手段によって過給圧または圧縮機回転数が制御された場合に、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数が維持されるように、前記遠心式圧縮機の回転をアシストするアシスト機構と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記遠心式圧縮機は、電動機付きターボ過給機の圧縮機として構成されており、
前記アシスト機構は、当該電動機であることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記過給状態制御手段による過給圧または圧縮機回転数の制御量は、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数を維持するための最小量であることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記過給状態制御手段は、前記遠心式圧縮機の作動領域に応じて、過給圧または圧縮機回転数の制御速度を可変とすることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、サージの大きさを判別するサージレベル判別手段を更に備え、
判別されるサージの大きさに応じて、過給圧または圧縮機回転数の制御速度を可変とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、過給状態制御手段がサージ回避のために過給圧または圧縮機回転数の制御を行った結果として内燃機関の排圧の低下を生じさせる手段である場合には、アシスト機構によるアシストがなされた際に、排圧低下の影響を受けて、内燃機関への吸入空気量をサージ判定前の状態に比して増やすことができ、それに伴って、遠心式圧縮機の通過空気量を増やすことができる。このため、サージを回避させつつ、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数の状態に内燃機関を制御することが可能となる。また、過給状態制御手段がサージ回避のための上記制御を行った結果として内燃機関への吸入空気量の減少を生じさせる手段である場合には、アシスト機構によるアシストがなされることで、過給状態制御手段によるサージ回避の影響により減少した吸入空気量を補うことができる。このため、この場合にも、サージを回避しつつ、サージ判定前の過給圧または圧縮機回転数の状態に内燃機関を制御することが可能となる。
このため、本発明によれば、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを確実に回避することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、電動機付きターボ過給機の電動機をアシスト機構として用いて、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを確実に回避することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、サージ回避のために内燃機関に大きなトルク変動が生ずるのを抑制することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、急激な内燃機関の運転状態の変動と、それに起因するトルク変動を良好に抑制しつつ、サージを回避することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、検出されたサージの大きさに関わらず、サージを回避するために必要とされる過給状態制御手段の制御量にまで迅速に制御することができ、サージの発生による内燃機関のトルク変動を良好に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するディーゼル機関１０と、ディーゼル機関１０に燃料を供給する燃料供給系と、ディーゼル機関１０に空気を供給する吸気系と、ディーゼル機関１０から排気ガスを排出する排気系と、ディーゼル機関１０の運転を制御する制御系とを備えている。
【００１７】
ディーゼル機関１０の燃料供給系には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための燃料噴射弁１２が備えられる。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、燃料ポンプ１４によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されて燃料噴射弁１２へ供給される。
【００１８】
ディーゼル機関１０の吸気系は、吸気マニホールド１６と、吸気マニホールド１６に接続される吸気管（吸気通路）１８とを備えている。空気は大気中から吸気管１８に取り込まれ、吸気マニホールド１６を介して各気筒の燃焼室に分配される。吸気管１８の入口には、エアクリーナ２０が取り付けられている。エアクリーナ２０の下流近傍には、吸気管１８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２が設けられている。また、エアフローメータ２２の下流には、後述するコンプレッサ３０aの入口空気圧力を検出するための吸気圧センサ２３が配置されている。
【００１９】
また、吸気マニホールド１６の上流には、スロットルバルブ２４が設けられている。スロットルバルブ２４の上流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２６が設けられている。また、スロットルバルブ２４の下流には、吸気マニホールド１６内の圧力に応じた信号を出力する過給圧センサ２８が配置されている。
【００２０】
エアフローメータ２２からスロットルバルブ２４に至る吸気管１８の途中には、可変ノズル型のターボ過給機３０のコンプレッサ（遠心式圧縮機）３０aが設けられている。ターボ過給機３０は、コンプレッサ３０aと、タービン３０bと、可変ノズル３０cとを有している。コンプレッサ３０aとタービン３０bとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ３０aはタービン３０bに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００２１】
可変ノズル３０cは、図示省略するアクチュエータによって開閉動作可能になっている。可変ノズル３０cの開度（以下、「VN開度」と称する）を小さくすると、タービン３０bの入口面積が小さくなり、タービン３０bに吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ３０aおよびタービン３０bの回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズル３０cの開度を大きくすると、タービン３０bの入口面積が大きくなり、タービン３０bに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。
【００２２】
コンプレッサ３０aとタービン３０bとの間には、電動機３２が配置されている。コンプレッサ３０aとタービン３０bとの連結軸は電動機３２のロータにもなっている。すなわち、コンプレッサ３０aおよびタービン３０bと、電動機３２のロータとは、一体となって回転する。よって、電動機３２を作動させることで、コンプレッサ３０aを強制的に駆動することができる。また、ターボ過給機３０の連結軸には、ターボ回転数に応じた信号を出力するターボ回転数センサ３４が取り付けられている。
【００２３】
ディーゼル機関１０の排気系は、排気マニホールド３６と、排気マニホールド３６に接続される排気管３８とを備えている。ディーゼル機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド３６に集められ、排気マニホールド３６を介して排気管３８へ排出される。また、図１に示すシステムは、吸気管１８と排気管３８とを連通する排気ガス還流通路４０を備えている。排気ガス還流通路４０の途中には、EGR弁４２が設けられている。
【００２４】
ディーゼル機関１０の制御系には、ECU(Electronic Control Unit)５０と、モータコントローラ５２とが備えられる。モータコントローラ５２は、ECU５０からの指令に基づいて、電動機３２への通電状態を制御する。電動機３２への電力は、バッテリ５４から供給される。ECU５０は、本システム全体を総合制御する制御装置である。ECU５０の出力側には、モータコントローラ５２の他、燃料噴射弁１２、スロットルバルブ２４、可変ノズル３０c、EGR弁４２等の種々のアクチュエータが接続されている。また、ECU５０の入力側には、エアフローメータ２２、過給圧センサ２８、ターボ回転数センサ３４の他、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５６、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ５８、エンジン回転数NEを検出するためのクランク角センサ６０等の種々のセンサ類が接続されている。ECU５０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ECU５０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
【００２５】
以上のように構成された本実施形態のシステムにおいては、ECU５０は、ディーゼル機関１０の運転状態と、その運転状態の下での目標ターボ回転数との関係を定めたマップ（図示省略）を記憶している。そして、ECU５０は、ターボ回転数センサ３４により検出される実ターボ回転数が、現在の運転状態に応じた目標ターボ回転数と一致するように、ターボ回転数のフィードバック制御を行う。つまり、ECU５０は、目標ターボ回転数と実ターボ回転数とのターボ回転数偏差を算出し、このターボ回転数偏差がゼロになるように、VN開度や電動機３２のアシスト量の制御を行う。
【００２６】
［サージ検出手法］
次に、コンプレッサ３０aのサージ判定手法について説明する。
図２は、コンプレッサ３０aの前後の圧力比P3/P0と、コンプレッサ３０aの通過空気量Gaとの関係を示す図である。図２中に太線で示す曲線は、サージラインを表しており、図２において、サージラインより左側のハッチングを付した領域がサージ領域に対応している。すなわち、サージは、コンプレッサ３０aの圧力比P3/P0が大きく、通過空気量Gaが少ない状況下で発生し易くなる。具体的には、サージは、例えば、スロットル開度を全開状態にされた加速時に発生することがある。
【００２７】
図３は、本実施形態のサージ判定手法を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、コンプレッサ３０aのサージに起因して生ずるコンプレッサ通過空気量Gaの脈動の様子を拡大して表した図であり、図３（Ｂ）は、サージ検出のための具体的な処理を説明するための図である。
【００２８】
本実施形態のサージ判定手法では、コンプレッサ通過空気量Gaの２階微分値に基づき、図３（Ａ）に示すようなコンプレッサ通過空気量Gaの脈動の変曲点（図３（Ａ）中の丸印）を検出し、かつ、その変曲点前後でコンプレッサ通過空気量Gaに大きな変化が認められた場合に、サージであると判定するようにしている。
【００２９】
より具体的には、図３（Ｂ）に示すように、ECU５０の所定のサンプリング時間毎に、今回のコンプレッサ通過空気量Gaの計測値（図３（Ｂ）中のプロット点）と前回の当該空気量Gaの計測値との差（すなわち、時間によるコンプレッサ通過空気量Gaの１階微分値（∂Ga／∂t）を算出する。そして、算出された今回の１階微分値と前回の１階微分値との差（すなわち、２階微分値（∂2Ga／∂t2）を算出する。そして、算出された２階微分値が所定値以上であるときにサージと判定する。
【００３０】
コンプレッサ通過空気量Gaが増加から減少に転ずる変曲点の前後、或いは、当該空気量Gaが減少から増加に転ずる変曲点の前後では、１階微分値の符号が反転する。このため、その反転時には、それら１階微分値の差である２階微分値は、値が大きくなる。これに対し、コンプレッサ通過空気量Gaが単調に増加または減少しているときであれば、当該空気量Gaの変化が大きいために１階微分値が大きく算出される状況下であっても、それらの差である２階微分値は、反転時のような大きな値にはならない。
【００３１】
以上のように、２階微分値を用いる本実施形態のサージ判定手法によれば、脈動の変曲点の前後で大きなコンプレッサ通過空気量Gaの変化があったことを正確に検知することができ、これにより、サージ（脈動）の大きさに関係なく、サージを早期かつ確実に検出することが可能となる。尚、ここでは、コンプレッサ３０aの通過空気量Gaの２階微分値が所定値以上となったときに、サージ判定を行うようにしているが、上記のサージ判定手法における２階微分値の算出対象は、これに限定されるものではなく、遠心式圧縮機３０aの作動に起因して変化が生ずるパラメータであればよく、具体的には、コンプレッサ入口空気圧力やコンプレッサ入口空気温度であってもよい。
【００３２】
［実施の形態１の特徴］
仮に、加速時にサージが生じたとした場合には、可変ノズル３０cの開度（VN開度）を開くことにより、コンプレッサ３０aの圧力比P3/P0を下げることができ、サージの回避が可能となる。しかしながら、VN開度をより開くようにすると、タービン３０bでの排気エネルギの回収量が減少するため、過給圧が低下する。その結果、ディーゼル機関１０に供給される空気量Gaが減少する。従って、そのままでは加速中に、運転者に対して減速感を与えてしまう。
【００３３】
そこで、本実施形態のシステムでは、加速時のディーゼル機関１０のドライバビリティに悪影響を与えることなしに、すなわち、サージ回避後の再加速性能を悪化させることなしに、サージを回避させることを目的とした。そして、そのために、サージを検出した場合には、VN開度を開き側に制御するとともに、電動機３２のアシスト量を増加させる（電動機３２を非駆動状態から駆動状態に移す場合も含む）ことで、サージ判定（検出）直前の実ターボ回転数を維持させるようにした。
【００３４】
次に、図４および図５を参照して、実施の形態１における具体的な処理について説明する。
図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、前述した各種センサから入力される信号に対して所定の処理が施される（ステップ１００）。この入力信号処理により、ディーゼル機関１０の運転状態を表す各種のパラメータが取得される。具体的には、エンジン回転数NE、アクセル開度、目標スロットル開度、燃料噴射量、実過給圧、および実ターボ回転数などが取得される。
【００３５】
次に、電動機３２によるアシストを開始・継続すべき条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。この条件とは、具体的には、次の２点である。１点目は、電動アシストの必要性があるか否かであり、例えばディーゼル機関１０が低回転高負荷域や過渡状態（加速状態）にあるか否かである。２点目は、電動アシストを禁止すべき条件がないかどうか、例えば、バッテリ残量が十分であるかどうかや、ターボ回転数がアシスト許容値より低いかどうかなどである。この電動アシスト開始・継続条件が成立していない場合には、本ルーチンの処理はそのまま終了される。
【００３６】
上記電動アシスト開始・継続条件が成立している場合には、次に、目標ターボ回転数を決定する処理が行われる（ステップ１０４）。目標ターボ回転数は、アクセル開度、エンジン回転数NE、および目標スロットル開度との関係で、マップにより予め定められている。ここでは、そのマップを参照することにより、現在の運転状態に応じた目標ターボ回転数が決定される。
【００３７】
次に、VN開度が、図５に示すマップに従い、ベースVN開度に固定される（ステップ１０６）。図５は、ベースVN開度を定めたマップを示す図である。図５では、最大開度（全開）を０％、最小開度を１００％として表している。高回転・高負荷になるほど、排圧が高くなり易いので、可変ノズルを開く必要がある。このため、ベースVN開度マップは、機関回転数NEが高いほど開度が大きくなるように定められている。また、ベースVN開度マップは、機関負荷が大きいほど開き側（図５中の下側）に移動し、機関負荷が小さいほど閉じ側（図５中の上側）に移動する。本ステップ１０６では、図５のようなベースVN開度マップに従って、現在の運転状態に応じたベースVN開度が決定され、実際のVN開度がそのベースVN開度となるように制御される。このベースVN開度は、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、定められている。尚、本システムにおいては、機関負荷の大小は、アクセル開度、あるいは目標スロットル開度、燃料噴射量などから判断される。
【００３８】
VN開度がベースVN開度とされた後は、次に、実ターボ回転数を目標ターボ回転数へと早期に上昇させるべく、電動機３２への電力供給が開始され、ターボ回転のアシストが開始される（ステップ１０８）。
【００３９】
次に、サージ判定フラグがONとなっているか否かが判別される（ステップ１１０）。ECU５０は、上述したサージ判定手法によって、サージ発生の有無を判定し、サージが発生したと判定した場合には、サージ判定フラグをONとする。
【００４０】
上記ステップ１００において、サージ判定フラグがONになっていると判定された場合には、目標ターボ回転数が、サージ判定直前の実ターボ回転数に固定される（ステップ１１２）。より具体的には、ECU５０は、所定のサンプリング時間毎に実ターボ回転数を記憶しており、本ステップ１１２では、サージ判定フラグがONとされた時点から数ミリ秒前の時点の実ターボ回転数に固定される。
【００４１】
次に、サージ判定直前の実ターボ回転数を維持可能な開度であって、かつ、最も閉じ側の開度となるように、VN開度が制御される（ステップ１１４）。同じ実ターボ回転数を維持するためのVN開度には、ある程度の幅がある。ここでは、その幅の中からサージを回避できる最も閉じ側のVN開度が選択される。次いで、サージ判定直前の実ターボ回転数が維持されるように、電動機３２のアシスト量が増やされる（ステップ１１６）。
【００４２】
次に、サージが回避されたことでサージ判定フラグがOFFとなったか否かが判別される（ステップ１１８）。その結果、未だサージが回避されていない場合には、更にVN開度が所定量だけ開かれる（ステップ１２０）とともに、電動アシスト量が更に増やされる（ステップ１２２）。
【００４３】
上記ステップ１１８において、サージ判定フラグがOFFとなったと判定された場合には、エンジン回転数NEの変化量および吸入空気量Gaの変化量が、それぞれの所定の判定値より大きくなったか否かが判別される（ステップ１２４）。本ステップ１２４の判定が成立する場合、すなわち、エンジン回転数NEや吸入空気量Gaの変化量に数％の増加が認められた場合には、十分にサージ領域から離れたと判断することができる。
【００４４】
そこで、この場合には、上記ステップ１１２において固定された目標ターボ回転数が、ディーゼル機関１０の運転状態との関係で定められる値に徐々に移行される（ステップ１２６）。また、上記ステップ１１０において、サージ判定フラグがONになっていないと判定された場合にも、本ステップ１２６の処理が実行される。
【００４５】
次に、電動アシストの停止条件が成立したか否かが判別される（ステップ１２８）。ターボ回転数偏差が所定の判定値よりも未だ大きい場合には、電動アシスト停止条件が不成立であると判別される。この場合には、電動アシストがそのまま継続される。一方、ターボ回転数偏差が判定値以下まで小さくなった場合には、電動アシスト停止条件が成立したと判別される。
【００４６】
電動アシスト停止条件が成立したと判別された場合には、アシスト停止制御が行われる（ステップ１３０）。当該アシスト停止制御が終了し、電動アシストが無くなった状態になると、次いで、現在の実ターボ回転数が運転状態に基づく目標ターボ回転数となるように、VN開度のフィードバック制御が開始される（ステップ１３２）。
【００４７】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、サージが発生したと判定された場合に、サージ判定直前の状態でディーゼル機関１０の出力が維持されるようにすることができる。具体的には、サージ判定がされた場合に、VN開度が開き側に制御されることで、ディーゼル機関１０の排圧を下げることができる。そして、VN開度が開き側に制御されることで低下することとなるターボ回転数を電動機３２のアシストで、サージ判定直前の実ターボ回転数を維持させるようにしている。排圧が下げられているので、電動機３２によって実ターボ回転数をサージ判定直前の実ターボ回転数に維持した場合に、ディーゼル機関１０に供給される空気量Gaを増やすことができる。この空気量Gaが増えると、コンプレッサ通過空気量も増えるため、実ターボ回転数を高く維持しつつ、サージの回避が可能となる。
【００４８】
このように、以上の手法によれば、トルクの低下をもたらすことなくサージを回避することができ、また、サージ判定時からサージ回避を実行している期間中も、実ターボ回転数をサージ判定直前の値で制御できる。このため、サージ回避の実行中にトルク変動が生ずるのを回避して、運転者に減速感を与えないようにすることができる。また、サージ回避後の再加速性能を良好に確保することができる。
【００４９】
また、上記ルーチンの処理によれば、サージ判定直前の実ターボ回転数を維持可能な開度であって、かつ、最も閉じ側の開度となるように、VN開度が制御される。このため、サージ回避のためのVN開度の制御量を最小として、サージ回避のためにディーゼル機関１０に大きなトルク変動が生ずるのを抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態のシステムによれば、サージの回避のために、ディーゼル機関１０の吸気系に、別途バイパス通路とバイパスバルブを設ける必要なしに、すなわち、システム構成を複雑化させることなしに、サージの回避と再加速性能とを両立させることができる。
【００５１】
ところで、上述した実施の形態１においては、実ターボ回転数が目標ターボ回転数に一致するように過給制御を行うシステムについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、実過給圧が目標過給圧に一致するように過給制御を行うシステムにも適用することができる。このため、より具体的には、例えば、ターボ過給機３０の実過給圧が、現在の運転状態に応じた目標過給圧と一致するように過給圧のフィードバック制御が行われているディーゼル機関においては、サージと判定された場合に、目標過給圧をサージ判定直前の実過給圧に固定するようにし、また、サージ回避のためにVN開度を開きつつ、サージ判定直前の実過給圧が維持されるように、電動機３２によるアシスト量を増加させるようにしてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１においては、コンプレッサ（遠心式圧縮機）３０aの回転をアシストする機構として、電動機３２を備えているが、本発明において、遠心式圧縮機の回転を助勢するアシスト機構は、これに限定されるものではなく、例えば、別タンクに蓄えられた排気ガスをターボ過給機のタービンに抽気するエアーアシスト式のアシスト機構などであってもよい。
【００５３】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、上記ステップ１１０または１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「サージ判定手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「過給状態制御手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態１においては、可変ノズル（VN）３０cの開度がサージ回避のために開き側に制御されることにより前記第１の発明における「圧縮機回転数の制御がされた結果として内燃機関の排圧の低下を生じさせる」という過給状態制御手段の機能が実現されている。
【００５４】
実施の形態２．
次に、図６および図７を参照した、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU５０に、図４に示すルーチンに代えて後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５５】
［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１においては、電動機３２の作動時にサージが検出された場合の制御について説明を行った。これに対し、本実施形態においては、電動機３２の非作動時にサージが検出された場合の制御について説明を行うものとする。本実施形態では、電動機３２の非作動時にサージが検出された場合には、燃料噴射量Qをサージ判定直前の値に固定するとともに、コンプレッサ３０aの作動領域に応じて、サージ判定時のVN開度の制御速度を可変としたことを特徴としている。尚、電動機３２の作動時にサージが検出された場合においても、本実施形態の制御を同様に適用することができる。
【００５６】
図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６において、図４に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５７】
図６に示すルーチンでは、サージ判定フラグがONになっていると判定された場合には（ステップ１１０）、次いで、燃料噴射量Qが、サージ判定直前の値に固定される（ステップ２００）。より具体的には、ECU５０は、所定のサンプリング時間毎に燃料噴射量Qを記憶しており、本ステップ２００では、サージ判定フラグがONとされた時点から数ミリ秒前の時点の燃料噴射量Qに固定される。
【００５８】
次に、コンプレッサ３０aの作動領域に応じて定められたVN開度の感度幅にて、サージを回避するために開くVN開度の制御速度が決定され、その決定された制御速度となるようにVN３０cが制御される（ステップ２０２）。図７は、本ステップ２０２においてVN開度の制御速度を決定する手法を説明するための図である。図７（Ａ）は、VN開度の感度とコンプレッサ３０aの圧力比P3／P0との関係を示しており、図７（Ｂ）は、VN開度の制御速度とコンプレッサ３０aの圧力比P3／P0との関係を示している。
【００５９】
VN３０cを所定量だけ開いた際の感度、言い換えれば、VN３０cの開閉による排圧などへの影響度は、コンプレッサ３０aの作動領域に応じて異なるものとなる。より具体的には、そのVN開度の感度は、圧力比P3／P0が高くなるほど、高くなるという傾向を有している。このため、図７（Ｂ）に示すように、VN開度の制御速度は、圧力比P3／P0が高くなるほど、小さくなるように設定されている。尚、図７においては、横軸を圧力比P3／P0としているが、これに限らず、燃料噴射量Qに置き換えてもよい。
【００６０】
本ステップ２０２においては、上記図７（Ｂ）に示す関係に従ったVN開度の制御速度で、サージを回避するためにVN３０cが制御される。次いで、サージ判定直前の実ターボ回転数が維持されるように、電動機３２によるアシストが実行される（ステップ２０４）。
【００６１】
また、図６に示すルーチンでは、サージ判定フラグがOFFとなったと判定され（ステップ１１８）、そして、エンジン回転数NEの変化量および吸入空気量Gaの変化量が、それぞれの所定の判定値より大きくなったと判定された場合には（ステップ１２４）、次いで、現在の実ターボ回転数が目標ターボ回転数となるように、VN開度が徐々にフィードバック制御される（ステップ２０６）。次いで、VN開度のフィードバック制御と連動して、電動機３２のアシスト量が徐々に減らされる（ステップ２０８）。
【００６２】
次に、上記ステップ２００において固定されていた燃料噴射量Qの上下限ガード値が、燃焼変動の発生を抑制すべく、段階的に通常制御に戻される（ステップ２１０）。
【００６３】
以上説明した図６に示すルーチンによれば、サージと判定された場合には、燃料噴射量Qをサージ判定直前の値に固定するとともに、サージ回避のためにVN開度が開き側に制御されることで低下することとなるターボ回転数が、電動機３２のアシストによってサージ判定直前の実ターボ回転数と同等の値に維持される。このため、ディーゼル機関１０にトルク変動が生ずるのを好適に抑制しつつ、サージを回避することができる。また、上記ルーチンの処理によれば、コンプレッサ３０aの作動領域に応じたVN開度の感度幅にて、VN開度の制御速度が可変とされる。このため、急激なディーゼル機関１０の運転状態の変動と、それに起因するトルク変動を良好に抑制しつつ、サージを回避することができる。
【００６４】
実施の形態３．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU５０に、図４に示すルーチンに代えて後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６５】
［実施の形態３の特徴］
本実施形態のシステムは、発生したサージの大きさに応じて、VN開度の制御速度を可変としたことを特徴としている。尚、電動機３２の作動時にサージが検出された場合においても、本実施形態の制御を同様に適用することができる。
【００６６】
図８は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図８において、図４または図６に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６７】
図８に示すルーチンでは、燃料噴射量Qが、サージ判定直前の値に固定された後（ステップ２００）、次いで、今回発生したサージの大きさが算出される（ステップ３００）。より具体的には、コンプレッサ３０aの通過空気量Gaの上述した２階微分値がより大きくなるほど、サージの大きさについてもより大きいものとして算出される。
【００６８】
次に、算出されたサージの大きさに基づいたVN開度分だけ、VN３０cが開かれる（ステップ３０２）。図９は、ECU５０がサージの大きさに基づいて、VN開度の制御速度を決定するために備えるマップの一例である。サージが大きくなるほど、大きくVN開度を開かなければ、サージを回避することができない。このため、図９に示すマップでは、大きなサージが生じたときほど、VN開度の制御速度が大きくなるように設定されている。尚、２階微分値によるサージの大きさの算出に代え、以下のような手法で、発生するサージの大きさを予測して、VN開度の制御速度を可変としてもよい。すなわち、例えば、コンプレッサ３０aの圧力比P3／P0と吸入空気流量Gaとの関係で定められたコンプレッサ３０aの作動領域や、或いは、ディーゼル機関１０のトルク（若しくは燃料噴射量Q）とエンジン回転数NEとの関係で定められたディーゼル機関１０の運転領域に応じて、発生するサージの大きさを予め定めておき、これらの作動領域または運転領域毎にVN開度の制御速度を可変としてもよい。
【００６９】
次に、サージ判定直前の実ターボ回転数が維持されるように、電動機３２によるアシストが実行される（ステップ３０４）。次いで、サージ判定フラグがOFFとなったか否かが判別される（ステップ３０６）。その結果、未だサージが回避されていない場合には、再び上記ステップ３００〜３０４の一連の処理が実行され、一方、上記ステップ３０６において、サージ判定フラグがOFFとなったと判定された場合には、既述したステップ１２４、およびステップ２０６〜２１０の一連の処理が実行される。
【００７０】
以上説明した図８に示すルーチンによれば、検出されたサージの大きさに応じて、適切なVN開度の制御速度を定めることができる。このため、検出されたサージの大きさに関わらず、サージを回避するために必要とされるVN開度にまで迅速に制御することができ、サージの発生によるディーゼル機関１０のトルク変動を良好に抑えることができる。
【００７１】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU５０が上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第５の発明における「サージレベル判別手段」が実現されている。
【００７２】
その他．
ところで、上述した実施の形態１乃至３においては、サージと判定された場合に、VNを開き側に制御しつつ、かつ、サージ判定直前の実ターボ回転数（または実過給圧）が維持されるように電動機３２によってコンプレッサ３０aの回転のアシストを行うようにしている。しかしながら、本発明において、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを回避するためには、上記の手法に限らず、以下のような手法であってもよい。
【００７３】
図１０は、本発明のその他の実施例の構成を説明するための概略構成図である。尚、図１９において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７４】
図１０に示すシステムは、ディーゼル機関７０の吸気管１８に、コンプレッサ３０aをバイパスするための吸気バイパス管７２と、その吸気バイパス管７２の途中に配置されたバイパスバルブ７４とを更に備えている点を除き、上述した図１に示すシステムと同様の構成を有している。より具体的には、吸気バイパス管７２の一端は、コンプレッサ３０aからインタークーラ２６に至る吸気管１８の途中に接続され、また、その他端は、コンプレッサ３０aの上流側に接続されている。バイパスバルブ７４は、ECU７６によって、その開度の制御がなされる。
【００７５】
このようなバイパスバルブ７４を備える構成によれば、バイパスバルブ７４を操作して吸気バイパス管７２の入口を開くことで、コンプレッサ３０aにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ３０aの入口側に戻される。ターボ過給機３０のサージが生じ易い運転状態のときに、コンプレッサ３０aを出た空気の一部を、吸気バイパス管７２を通してコンプレッサ３０aの入口側に戻すことにより、コンプレッサ３０aの前後の圧力比P3／P0が減少し、コンプレッサ通過空気量Gaが増加するため、サージを防止することができる。
【００７６】
そこで、本発明において、サージ回避後の再加速性能を良好に確保しつつ、加速時のサージを回避するために、以上の図１０に示す構成を用いて、以下のような制御を行うようにしてもよい。すなわち、本発明の過給状態制御手段は、VN３０cに限らず、バイパスバルブ７４であってもよい。具体的には、サージが発生したと判定された場合に、サージライン近傍の領域でコンプレッサ３０aが作動されるように、バイパスバルブ７４を所定量だけ開くことでサージを回避しつつ、かつ、サージ判定直前の実過給圧が維持されるように電動機３２によるアシスト量を増加させる（電動機３２の非作動時にはそのアシストを開始させる）ようにしてもよい。このような手法によれば、バイパスバルブ７４を所定量だけ開くことにより、コンプレッサ３０aの通過空気量を増やすことでサージを回避させつつ、バイパスバルブ７４の当該制御によって減少するディーゼル機関１０への吸入空気量Gaを電動機３２のアシストによってサージ判定前のレベルに維持することができる。
【００７７】
尚、このバイパスバルブ７４の制御を行うその他の実施例においては、バイパスバルブ７４の開度がサージ回避のために所定量だけ開かれることにより前記第１の発明における「過給圧の制御がされた結果として内燃機関への吸入空気量の減少を生じさせる」という過給状態制御手段の機能が実現されている。
【００７８】
また、タービン３０bをバイパスする排気バイパス通路（図示省略）と、その排気バイパス通路の途中に配置された電動式などのウエストゲートバルブ（図示省略）とを備えるディーゼル機関が知られている。このようなディーゼル機関を備えるシステムにおいては、本発明の過給状態制御手段は、VN３０cの開度調整を行うものに代え、ウエストゲートバルブの開度調整を行うものであってもよい。具体的には、サージと判定された場合に、所定量だけウエストゲートバルブを開くことでサージを回避しつつ、かつ、サージ判定直前の実ターボ回転数（または実過給圧）が維持されるように電動機３２によるアシスト量を増加させる（電動機３２の非作動時にはそのアシストを開始させる）ようにしてもよい。
【００７９】
尚、このウエストゲートバルブの制御を行うその他の実施例においては、ウエストゲートバルブの開度がサージ回避のために所定量だけ開かれることにより前記第１の発明における「過給圧または圧縮機の制御がされた結果として内燃機関の排圧の低下を生じさせる」という過給状態制御手段の機能が実現されている。
【００８０】
また、上述した実施の形態１乃至３またはその他の実施例においては、ディーゼル機関１０の制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリン機関等の火花点火式の内燃機関の制御装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための概略構成図である。
【図２】コンプレッサの前後の圧力比P3/P0と、コンプレッサの通過空気量Gaとの関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１のサージ判定手法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】図４に示すルーチン中で参照されるベースVN開度を定めたマップを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】図６中のステップ２０２においてVN開度の制御速度を決定する手法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】サージの大きさに基づいて、VN開度の制御速度を決定するために備えられるマップの一例である。
【図１０】本発明のその他の実施例の構成を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、７０  ディーゼル機関
１２  燃料噴射弁
１６  吸気マニホールド
１８  吸気管
２８  過給圧センサ
３０a  コンプレッサ（遠心式圧縮機）
３０b  タービン
３０  ターボ過給機
３０c  可変ノズル（VN）
３２  電動機
３４  ターボ回転数センサ
５０、７６  ECU(Electronic Control Unit)
５２  モータコントローラ
７２  吸気バイパス管
７４  バイパスバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007291961.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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